作者:刘之喜 ,孟祥瑞 ,赵光明 ,张若飞,刘崇岩,考四明 ,戚敏杰
作者单位:安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室;安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室;安徽理工大学 力学与光电物理学院
为了探究真三轴压缩下砂岩的能量和损伤演化规律,安徽理工大学赵光明教授团队利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行了真三轴一次加卸载试验和真三轴压缩试验,对真三轴压缩应力–应变演化规律进行了研究,探讨了三向主应力加、卸载的对岩体的影响。
研究利用图形面积积分法分别计算了真三轴压缩的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析了三者随最大主应力卸载水平增加的规律及其相互之间的关系,进一步研究了真三轴压缩过程中损伤演化规律,并对冲击地压倾向性判定条件弹性能量指数进行了讨论。
研究结果表明:
(1) 最大主应力增加,岩石内部有能量积聚与耗散,表现为三个主应力方向均产生应变变化现象,从能量角度定义该现象为能量 “诱增”,从是否具有可逆性分为“诱增”弹性能密度与“诱增”耗散能密度。
(2) 根据真三轴主应力加卸载特征,将主应力加载分为损伤加载(最大主应力加载)与保护加载(中、小主应力加载);将卸载分为常规卸载(最大主应力卸载)与损伤卸载(中、小主应力卸载)。
(3) 最大主应力增加,由于最小主应力方向抑制变形能力与中间主应力相比相对较弱,因此与中间主应力相比最小主应力方向诱增的能量中耗散能所占比例相对较多。
(4) 真三轴压缩下砂岩的输入能密度、弹性能密度以及耗散能密度具有非线性演化趋势,并且前两者与输入能密度之间均存在线性函数关系,提出了真三轴压缩能量分析方法,与单轴相比,其储能性有极大的提升。
(5) 基于真三轴作用下砂岩损伤分析,发现在塑性阶段之前岩石损伤呈近似线性变化,进入塑性阶段后随着最大主应力增加,损伤变量的增长速率随之增大。